Deformasyon mekanizması

Deformasyon mekanizması, geoteknik mühendisliğinde, bir malzemenin iç yapısındaki, şeklindeki ve hacmindeki değişikliklerden sorumlu olan mikroskobik ölçekte meydana gelen bir süreçtir. Süreç düzlemsel süreksizliği ve/veya atomların kristal kafes yapısı içindeki orijinal konumlarından yer değiştirmesini içermektedir. Bu küçük değişiklikler, kayalar, metaller ve plastikler gibi malzemelerin çeşitli mikro yapılarında korunmaktadır ve optik veya dijital mikroskop kullanılarak derinlemesine incelenebilmektedir. Belirli bir dizi koşul altında birden fazla mekanizma aktif olabilmektedir ve bazı mekanizmalar birbirinden bağımsız olarak gelişebilmektedir. Ayrıntılı mikro yapı analizi, bazı malzemeler için bireysel deformasyon mekanizmalarının hakim olduğu koşulları ve zamanlamayı tanımlamak için kullanılabilmektedir. Ortak deformasyon mekanizmaları süreçleri şunları içermektedir:

Çatlama
Kataklastik akış
Difüzyon kütle transferi
Tane sınırı kayması
Dislokasyon sürünmesi
Dinamik yeniden kristalleştirme (asıl haline geri dönme)

Kırılma
Kırılma, malzemeler içinde yer değiştirmenin eşlik etmediği, kalıcı doğrusal kırılmalar oluşturan kırılgan bir deformasyon sürecidir. ve sıcaklığa bağlı olan belirli bir diferansiyel stres seviyesinin üzerinde gerçekleşmektedir. Kataklaz, tanelerin kırılmasını ve ezilmesini barındırmakatdır, tane boyutunda azalmaya neden olmaktadır, bunun yanı sıra tane sınırlarında sürtünmeli kayma ve sert gövde tane dönüşü vardır.

Aşırı tane boyutu küçülmesinin meydana geldiği kayma veya fay yüzeyleri boyunca ince zonlarda yoğun kataklaz meydana gelmektedir. Boşlukların olmaması, katı haldeki difüzyonlu kütle transferi, yerel olarak geliştirilmiş kristal plastik deformasyon veya bir tane sınırı sıvısının solüsyonu ve çökelmesinden kaynaklanmaktadır. Dislokasyon tırmanışı veya tane sınırı göçü gibi bir tür kurtarma işlemi de aktif olmalıdır. Dislokasyonun kayması, önceden var olan kusur ortadan kaldırıldığı için kristal için daha kararlı bir duruma neden olmaktadır. Gevrek kırılma için gerekenden çok daha düşük diferansiyel stres gerektirmektedir. Bu mekanizma, minerale zarar vermemektedir veya kristallerin iç gücünü azaltmamaktadır.

Dinamik yeniden kristalleştirme
Dinamik yeniden kristalleştirme, deformasyon sırasında tanelerde kalan iç gerilmeyi giderme işlemidir. Bu, aynı mineral içinde tane boyutu, şekli ve yöneliminde bir değişiklik olan bir malzemenin yeniden düzenlenmesiyle olmaktadır. Deformasyon sona erdikten sonra ve özellikle yüksek sıcaklıklarda yeniden kristalleşme meydana geldiğinde, işleme statik yeniden kristalleşme veya tavlama denilmektedir. Dinamik yeniden kristalleşme, tane boyutunun küçülmesine neden olmaktadır ve statik yeniden kristalleşme, daha büyük eşit tanelerin oluşmasına neden olmaktadır.

Dinamik yeniden kristalleşme, çok çeşitli metamorfik koşullar altında meydana gelebilmektedir ve deforme olan malzemenin mekanik özelliklerini güçlü bir şekilde etkileyebilmektedir. Dinamik yeniden kristalleşme, iki uç üye sürecinin sonucudur: (1) Alt tanelerin oluşumu ve dönüşü (dönme yeniden kristalleşmesi) ve (2) tane sınırı göçü (göç yeniden kristalleşmesi).

Rotasyon yeniden kristalizasyonu (alt tane rotasyonu), sınır boyunca kristalografik uyumsuzluğu artıran dislokasyon duvarına (tırmanma, çapraz kayma ve kaymadan kaynaklanan bir dislokasyon bölgesi) hareket ettikçe bir alt tanenin ilerleyici yanlış yönelimidir. Sonunda, sınır boyunca yanlış yönlendirme, tek tek taneleri tanımak için yeterince büyüktür (genellikle 10-15° yanlış yönlendirme). Taneler, düşük açılı alt tanelerden yüksek açılı sınırlara karakteristik kademeli bir geçiş ile birçok alt tane ile birlikte uzun veya şerit şeklinde olma eğilimindedir.
Göç yeniden kristalizasyonu (tane sınırı göçü), bir tahılın komşu tahıllar pahasına büyüdüğü süreçlerdir. Düşük sıcaklıklarda, tane sınırının hareketliliği yerel olabilmektedir ve tane sınırı, yüksek dislokasyon yoğunluğuna sahip komşu bir taneye şişebilmektedir ve düşük sıcaklıkta tane sınırı göçü veya şişkin yeniden kristalleşme adı verilen bir işlemle yeni, daha küçük, bağımsız kristaller oluşturabilmektedir. Üretilen şişkinlikler, tane sınırlarına dönüşebilen alt tane (düşük açılı) sınırlarının oluşumuyla veya tane sınırının göçüyle yeni taneler oluşturmak üzere orijinal taneden ayrılabilmektedir. Şişkin yeniden kristalleşme genellikle eski tanelerin sınırları boyunca üçlü kavşaklarda meydana gelmektedir. Yüksek sıcaklıklarda, büyüyen tane, tüketilen tane(ler)den daha düşük bir dislokasyon yoğunluğuna sahiptir ve tane sınırı, yüksek sıcaklıkta tane-sınır yeniden kristalleşme göçü ile dislokasyonları ortadan kaldırmak için komşu taneleri süpürmektedir. Tane sınırları, değişken tane boyutuna sahip lobludur ve yeni taneler genellikle mevcut alt tanelerden daha büyüktür. Çok yüksek sıcaklıklarda, taneler oldukça loblu veya ameboiddir, ancak neredeyse hiç gerilmemiş olabilmektedir.

Kaynakça